Jika, selama siklus Carnot reversibel, suatu benda menyerap kalor 0 pada suhu T dan melepaskan kalor C? 3 pada suhu T 2, maka persamaan berikut harus diperhatikan:

ITU,

P<Г (21)

Suhu adalah parameter lingkungan (EP) yang paling penting. Suhu OS mencirikan tingkat pemanasan, yang ditentukan oleh energi kinetik internal dari pergerakan termal molekul. Suhu dapat didefinisikan sebagai parameter keadaan termal. Untuk membandingkan derajat pemanasan suatu benda, ia menggunakan perubahan sifat fisiknya, yang bergantung pada suhu dan mudah diukur (misalnya, pemuaian volumetrik suatu cairan, perubahan hambatan listrik suatu logam, dll. ).

Untuk melanjutkan ke penentuan suhu secara kuantitatif, perlu ditetapkan skala suhu, yaitu. pilih titik asal (nol skala suhu) dan satuan pengukuran interval suhu (derajat).

Skala suhu yang digunakan sebelum diperkenalkannya skala suhu tunggal adalah serangkaian tanda dalam kisaran suhu yang dibatasi oleh dua konstanta yang mudah direproduksi (referensi atau referensi utama) titik didih dan titik leleh zat murni kimia. Suhu ini diambil sama dengan nilai numerik sembarang t" dan t". Jadi, 1 derajat = (t" - t")/n, di mana t" dan t" adalah dua suhu konstan yang mudah direproduksi n adalah bilangan bulat ke kisaran suhu berapa.

Untuk menandai skala suhu, pemuaian volumetrik benda ketika dipanaskan paling sering digunakan, dan titik didih air serta pencairan es dianggap sebagai titik konstan. Skala suhu yang dibuat oleh Lomonosov, Fahrenheit, Reaumur dan Celsius didasarkan pada prinsip ini. Saat membuat skala ini, diasumsikan hubungan linier antara pemuaian volumetrik zat cair dan suhu, yaitu.

di mana k adalah koefisien proporsionalitas (sesuai dengan koefisien suhu relatif dari muai volumetrik). Mengintegrasikan persamaan (1) menghasilkan

di mana D adalah konstanta integrasi.

Untuk menentukan konstanta k dan D, dua suhu terpilih t" dan t" digunakan. Dengan mengambil volume V pada suhu t" dan volume V pada suhu t" - V", kita peroleh

t" = kV" + D; (3)

t” = kV” + D; (4).

Mengurangi persamaan (3) dari persamaan (2) dan (4), kita peroleh

t - t" = k(V - V") (5);

t” - t" = k(V” - V") (6).

Membagi persamaan (5) dengan persamaan (6), kita peroleh

dimana t" dan t" masing-masing adalah suhu pencairan es dan air mendidih pada tekanan normal dan percepatan jatuh bebas 980,665 cm/s 2 ; V" dan V" adalah volume cairan yang sesuai dengan suhu t" dan t" ; V adalah volume cairan yang sesuai suhu t.

Tidak ada zat cair di alam yang memiliki hubungan linier antara koefisien muai volume dan suhu, sehingga pembacaan termometer bergantung pada sifat zat termometri (merkuri, alkohol, dll).

Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, muncul kebutuhan untuk menciptakan skala suhu terpadu, tidak berhubungan dengan sifat tertentu dari zat termometri dan cocok untuk rentang suhu yang luas. Pada tahun 1848, Kelvin, berdasarkan hukum kedua termodinamika, mengusulkan penentuan suhu berdasarkan persamaan

T 2 /(T 2 - T 1) = Q 2 /(Q 2 - Q 1),

dimana T 1 dan T 2 masing-masing adalah suhu lemari es dan pemanas; Q 1 dan Q 2 masing-masing adalah jumlah panas yang diterima oleh zat kerja dari pemanas dan diberikan ke lemari es (untuk mesin kalor ideal yang beroperasi pada siklus Carnot).

Misalkan T 2 sama dengan titik didih air (T 100), dan T 1 adalah suhu leleh es (T 0); kemudian, dengan mengambil selisih T 2 - T 1 sama dengan 100 derajat dan menyatakan jumlah kalor yang sesuai dengan suhu ini melalui Q 100 dan Q 0, kita memperoleh

T 100 = Q 100 100/(Q 100 - Q 0); T 0 = Q 0 100/(Q 100 - Q 0).

Pada suhu pemanas berapa pun

T = Q 100/(Q 100 - Q 0) (8).

Persamaan tersebut merupakan persamaan skala suhu termodinamika yang tidak bergantung pada sifat-sifat zat termometri.

Keputusan Konferensi Umum XI tentang Berat dan Ukuran di Rusia mengatur penggunaan dua skala suhu: termodinamika dan praktik internasional.

Pada skala Kelvin termodinamika, titik terendah adalah titik nol mutlak (0K), dan satu-satunya titik fundamental eksperimental adalah titik tripel air. Poin ini setara dengan 273.16K. Titik tripel air (suhu kesetimbangan air dalam fase padat, cair, dan gas) adalah titik leleh es Anda pada 0,01 derajat. Skala termodinamika disebut mutlak jika titik 273,16 K di bawah titik leleh es dianggap nol.

Sebenarnya skala Kelvin tidak mungkin diterapkan karena persamaannya diturunkan dari siklus Carnot ideal. Skala suhu termodinamika bertepatan dengan skala termometer gas yang diisi gas ideal. Diketahui bahwa beberapa gas nyata (hidrogen, helium, neon, nitrogen) dalam rentang suhu yang luas memiliki sifat yang relatif sedikit berbeda dari gas ideal. Jadi, skala termometer hidrogen (dengan mempertimbangkan koreksi penyimpangan sifat-sifat gas nyata dari sifat ideal) secara praktis merupakan skala suhu termodinamika.

Skala Suhu Praktis Internasional didasarkan pada serangkaian keadaan kesetimbangan yang dapat direproduksi, yang sesuai dengan suhu tertentu (titik referensi utama), dan pada instrumen referensi yang dikalibrasi pada suhu tersebut. Pada interval antara suhu titik acuan utama, interpolasi dilakukan dengan menggunakan rumus yang menjalin hubungan antara pembacaan instrumen standar dan nilai skala praktis internasional. Titik acuan utama diwujudkan sebagai keadaan kesetimbangan fase tertentu dari beberapa zat murni dan mencakup kisaran suhu dari -259,34 0 C (kesetimbangan rangkap tiga hidrogen) hingga +1064,43 0 C (titik pemadatan emas).

Perangkat referensi yang digunakan pada kisaran suhu dari -259,34 hingga +630,74 0 C adalah termometer resistansi platina, dari +630,74 hingga +1064,43 0 C - termometer termoelektrik dengan termoelektroda dan platina rhodium (10% rhodium) dan platina. Untuk kisaran suhu di atas 1064,43 0 C, suhu pada skala praktis internasional ditentukan sesuai dengan hukum radiasi Planck.

Suhu yang diukur pada skala praktis internasional dilambangkan dengan t, dan nilai numeriknya disertai dengan tanda 0 C.

Suhu pada skala termodinamika berhubungan dengan suhu pada skala praktis internasional dengan perbandingan T = t + 273,15. Pada Konferensi Umum IX tentang Berat dan Ukuran pada tahun 1948, skala suhu praktis internasional diberi nama skala Celcius. Skala Suhu Praktis Internasional dan skala Celcius memiliki satu titik konstan yang sama (titik didih air); di semua titik lainnya, skala ini berbeda secara signifikan, terutama pada suhu tinggi.

Mengirimkan karya bagus Anda ke basis pengetahuan itu sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Pelajar, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting pada http: www. terbaik. ru/

Skala suhu

Umat ​​​​manusia belajar mengukur suhu sekitar 400 tahun yang lalu. Namun instrumen pertama yang menyerupai termometer masa kini baru muncul pada abad ke-18. Penemu termometer pertama adalah ilmuwan Gabriel Fahrenheit. Secara total, beberapa skala suhu berbeda ditemukan di dunia, beberapa di antaranya lebih populer dan masih digunakan sampai sekarang, yang lain secara bertahap tidak lagi digunakan.

Skala suhu merupakan sistem nilai suhu yang dapat dibandingkan satu sama lain. Karena suhu bukanlah besaran yang dapat diukur secara langsung, nilainya dikaitkan dengan perubahan suhu suatu zat (misalnya air). Pada semua skala suhu, sebagai suatu peraturan, dua titik dicatat sesuai dengan suhu transisi zat termometri yang dipilih ke dalam fase yang berbeda. Inilah yang disebut titik referensi. Contoh titik acuan adalah titik didih air, titik pengerasan emas, dan lain-lain. Salah satu titik diambil sebagai titik asal. Interval di antara mereka dibagi menjadi sejumlah segmen yang sama, yang bersifat tunggal. Satuan pengukuran suhu diterima secara universal sebagai satu derajat. perangkat skala suhu

Skala suhu yang paling populer dan banyak digunakan di dunia adalah skala Celsius dan Fahrenheit.

Mari kita lihat timbangan yang tersedia secara berurutan dan coba bandingkan dari segi kemudahan penggunaan dan kegunaan praktisnya. Ada lima skala yang paling terkenal:

1. Fahrenheit ditemukan oleh Fahrenheit, seorang ilmuwan Jerman. Pada salah satu hari musim dingin tahun 1709, suhu merkuri dalam termometer ilmuwan turun hingga suhu yang sangat rendah, yang ia usulkan untuk dijadikan nol pada skala baru. Titik acuan lainnya adalah suhu tubuh manusia. Titik beku air pada skalanya adalah +32°, dan titik didih +212°. Skala Fahrenheit tidak terlalu bijaksana dan tidak nyaman. Sebelumnya, ini banyak digunakan di negara-negara berbahasa Inggris, namun saat ini digunakan hampir secara eksklusif di Amerika Serikat.

2. Menurut skala Reaumur, ditemukan oleh ilmuwan Perancis René de Reaumur pada tahun 1731, titik acuan terendah adalah titik beku air. Skala ini didasarkan pada penggunaan alkohol, yang memuai ketika dipanaskan; satu derajat dianggap seperseribu volume alkohol dalam reservoir dan tabung pada nol. Skala ini sekarang sudah tidak digunakan lagi.

3. Celsius(diusulkan oleh Anders Celsius dari Swedia pada tahun 1742) suhu campuran es dan air (suhu saat es mencair) dianggap nol, poin utama lainnya adalah suhu saat air mendidih. Diputuskan untuk membagi interval di antara mereka menjadi 100 bagian, dan satu bagian diambil sebagai satuan pengukuran - derajat Celcius. Skala ini lebih rasional dibandingkan skala Fahrenheit dan skala Reaumur, dan sekarang digunakan dimana-mana.

4. Skala Kelvin ditemukan pada tahun 1848 oleh Lord Kelvin (ilmuwan Inggris W. Thomson). Titik nol di atasnya berhubungan dengan suhu serendah mungkin di mana pergerakan molekul suatu zat berhenti. Nilai ini secara teoritis dihitung ketika mempelajari sifat-sifat gas. Pada skala Celcius, nilai ini setara dengan sekitar -273°C, yaitu. nol Celcius sama dengan 273 K. Satuan pengukuran skala baru adalah satu kelvin (awalnya disebut “derajat Kelvin”).

5. Skala peringkat(dinamai menurut fisikawan Skotlandia W. Rankin) memiliki prinsip yang sama dengan skala Kelvin, dan dimensinya sama dengan skala Fahrenheit. Sistem ini praktis tidak tersebar luas.

Nilai suhu yang diberikan oleh skala Fahrenheit dan Celsius dapat dengan mudah dikonversi satu sama lain. Saat mengonversi nilai Fahrenheit “di kepala Anda” menjadi derajat Celcius, Anda perlu mengurangi angka aslinya sebanyak 32 unit dan mengalikannya dengan 5/9. Sebaliknya (dari skala Celcius ke Fahrenheit) - kalikan nilai aslinya dengan 9/5 dan tambahkan 32. Sebagai perbandingan: suhu nol mutlak dalam Celsius adalah 273,15°, dalam Fahrenheit - 459,67°.

DANpengukuran suhu

Pengukuran suhu didasarkan pada ketergantungan beberapa kuantitas fisik (misalnya volume) pada suhu. Ketergantungan ini digunakan dalam skala suhu termometer - alat yang digunakan untuk mengukur suhu.

Pada tahun 1597, Galileo Galilei menciptakan termoskop. Termoskop adalah bola kaca kecil dengan tabung kaca yang disolder yang diturunkan ke dalam air. Saat bola mendingin, air di dalam tabung naik. Saat cuaca menghangat, permukaan air di dalam tabung turun. Kerugian dari perangkat ini adalah kurangnya skala dan ketergantungan pembacaan pada tekanan atmosfer.

Belakangan, ilmuwan Florentine menyempurnakan termoskop Galileo dengan menambahkan skala manik-manik dan memompa udara keluar dari balon. Pada tahun 1700, termoskop udara diubah oleh ilmuwan Torricelli. Alat itu dibalik, bejana berisi air dikeluarkan, dan alkohol dituangkan ke dalam tabung. Pengoperasian perangkat didasarkan pada pemuaian alkohol saat dipanaskan - sekarang pembacaannya tidak bergantung pada tekanan atmosfer. Ini adalah salah satu termometer cair pertama. Termometer Torricelli tidak memiliki skala.

Pada tahun 1714, ilmuwan Belanda Fahrenheit membuat termometer air raksa. Dia menempatkan termometer dalam campuran es dan garam meja dan menandai ketinggian kolom air raksa sebagai 0 derajat. Titik Fahrenheit berikutnya adalah suhu tubuh manusia - 96 derajat. Penemunya sendiri mendefinisikan poin kedua sebagai “suhu di bawah ketiak orang Inggris yang sehat”

Pada tahun 1730, fisikawan Perancis R. Reaumur mengusulkan termometer alkohol dengan titik leleh konstan untuk es (0 °R) dan air mendidih (80 °R). Sekitar waktu yang sama, astronom Swedia Anders Celsius menggunakan termometer air raksa Fahrenheit dengan skalanya sendiri, di mana titik didih air diambil sebagai 0 derajat, dan titik leleh es adalah 100 derajat.

Suhu merupakan parameter penting yang menentukan tidak hanya jalannya proses teknologi, tetapi juga sifat-sifat suatu zat. Untuk mengukur suhu dalam satuan sistem SI, digunakan skala suhu dengan satuan suhu Kelvin (K). Titik awal skala ini adalah nol mutlak (0 K). Untuk pengukuran proses, skala suhu dengan satuan suhu derajat Celcius (°C) sering digunakan.

Untuk mengukur suhu, berbagai konverter primer digunakan, berbeda dalam metode mengubah suhu menjadi sinyal perantara. Dalam industri, konverter primer berikut ini paling banyak digunakan: termometer ekspansi, termometer manometrik, termometer resistansi, termokopel (pirometer termoelektrik) dan pirometer radiasi. Semuanya, kecuali pirometer radiasi, bersentuhan dengan media yang diukur selama pengoperasian.

Diposting di Allbest.ru

Dokumen serupa

Suhu adalah parameter yang mencirikan keadaan termal suatu zat. Timbangan suhu, alat untuk mengukur suhu dan jenis utamanya. Siklus termodinamika mesin pembakaran dalam piston dengan masukan panas pada tekanan konstan.

tes, ditambahkan 25/03/2012


Skala pengukuran suhu dasar. Nilai maksimum dan minimum dalam kondisi Bumi. Suhu lingkungan manusia. Faktor suhu di Bumi. Distribusi suhu di berbagai area tubuh dalam kondisi dingin dan hangat.

laporan, ditambahkan 18/03/2014


Alat ukur suhu. Karakteristik konverter termoelektrik. Prinsip pengoperasian pirometer rasio spektral. Instrumen untuk mengukur tekanan berlebih dan absolut. Jenis pengukur tekanan cair, deformasi dan listrik.

tutorial, ditambahkan 18/05/2014


Keadaan sistem pengukuran dan alat ukur pada berbagai periode sejarah. Pengukuran suhu, tekanan dan aliran fluida menggunakan berbagai metode dan cara. Instrumen untuk mengukur komposisi, kelembaban relatif dan sifat suatu zat.

tugas kursus, ditambahkan 01/11/2011


Konsep efek termoelektrik; termokopel teknis, jenisnya. Karakteristik dan desain TEC, desain, tujuan, kondisi pengoperasian, kekurangan. Pengukuran suhu, batas penyimpangan termoEMF yang diizinkan dari nilai nominal.

tes, ditambahkan 30/01/2013


Karakteristik besaran yang mencirikan keadaan termal suatu benda atau ukuran “pemanasannya”. Penyebab gerak Brown. Nenek moyang termometer modern, jenisnya. Satuan pengukuran suhu, jenis timbangan. Percobaan membuat termoskop.

presentasi, ditambahkan 14/01/2014


Teori bidang suhu: distribusi suhu spatiotemporal dan konsentrasi larutan. Model proses fisikokimia interaksi antara asam klorida dan komponen karbonat kerangka. Metode untuk menghitung bidang suhu dan kepadatan.

Penentuan aliran panas linier dengan metode pendekatan berturut-turut. Penentuan suhu dinding di sisi air dan suhu antar lapisan. Grafik perubahan suhu selama perpindahan panas. Bilangan Reynolds dan Nucelt untuk gas dan air.

tes, ditambahkan 18/03/2013


Pengembangan dan peningkatan teknologi pengukuran suhu menggunakan metode luminescent, kontak dan non-kontak. Skala suhu internasional. Pembuatan termometer alkohol, air raksa, manometrik dan termoelektrik.

tugas kursus, ditambahkan 06/07/2014


Informasi dasar tentang skala suhu dan suhu, kemampuan melakukan pengukuran. Penggunaan termometer dalam praktik dan persyaratan untuk alat ukur yang termasuk dalam standar negara bagian untuk rentang suhu yang sesuai.

Skala suhu

Skala suhu adalah hubungan numerik fungsional tertentu antara suhu dan nilai sifat termometri yang diukur. Dalam hal ini, tampaknya mungkin untuk membuat skala suhu berdasarkan pilihan properti termometrik apa pun. Pada saat yang sama, tidak ada satu pun sifat termometri yang berubah secara linier

perubahan suhu dan tidak bergantung pada faktor lain pada rentang pengukuran suhu yang luas. Skala pertama muncul pada abad ke-18. Untuk membangunnya, dua titik referensi dipilih t 1 Dan t 2, mewakili suhu kesetimbangan fase zat murni. Perbedaan suhu t 1 –t 2 disebut kisaran suhu utama.

Fahrenheit (1715), Reaumur (1776) dan Celsius (1742) ketika menyusun skala didasarkan pada asumsi hubungan linier antara suhu T dan sifat termometri, yang digunakan sebagai pemuaian volume cairan V(rumus 14.27) /8/

t=a+bV,(14.27)

Di mana A Dan B- koefisien konstan.

Substitusikan ke persamaan (14.27) V = V 1 pada t=t 1 Dan V = V 2 pada t=t 2, setelah transformasi kita memperoleh persamaan (14.28) skala suhu /8/

Dalam skala Fahrenheit, Reaumur dan Celsius, titik leleh es t 1 berhubungan dengan +32, 0 dan 0 °, dan titik didih air t 2 - 212, 80 dan 100°. Interval utama t 2 –t 1 dalam skala ini dibagi berdasarkan tidak= 180, 80 dan 100 bagian yang sama, dan 1/N bagian dari setiap interval disebut derajat Fahrenheit - T° F, gelar Reaumur – T° R dan derajat Celcius - t °С. Jadi, untuk skala yang dibuat menurut prinsip ini, derajat bukanlah satuan pengukuran, tetapi mewakili satuan interval - skala skala.

Untuk mengkonversi suhu dari satu skala tertentu ke skala lainnya, gunakan relasi (14.29)

T°С= 1,25° R=-(5/9)( - 32), (14.29)

Belakangan diketahui bahwa pembacaan termometer dengan zat termometri yang berbeda (misalnya air raksa, alkohol, dll.), dengan menggunakan sifat termometri yang sama dan skala derajat yang seragam, hanya bertepatan pada titik acuan, dan pada titik lain pembacaannya berbeda. Yang terakhir ini terutama terlihat ketika mengukur suhu yang nilainya jauh dari interval utama.

Keadaan ini dijelaskan oleh fakta bahwa hubungan antara suhu dan sifat termometri sebenarnya nonlinier dan nonlinier ini berbeda untuk zat termometri yang berbeda. Secara khusus, dalam kasus yang dipertimbangkan, ketidaklinieran antara suhu dan perubahan volume cairan dijelaskan oleh fakta bahwa koefisien suhu ekspansi volumetrik cairan itu sendiri bervariasi dengan suhu dan perubahan ini berbeda untuk tetesan cairan yang berbeda.

Berdasarkan prinsip konstruksi yang dijelaskan, sejumlah skala suhu dapat diperoleh, berbeda secara signifikan satu sama lain. Skala yang demikian disebut konvensional, dan skala dari skala tersebut disebut derajat konvensional. Masalah pembuatan skala suhu yang tidak bergantung pada sifat termometri zat diselesaikan pada tahun 1848 oleh Kelvin, dan skala yang ia usulkan disebut termodinamika. Berbeda dengan skala suhu konvensional, skala suhu termodinamika bersifat mutlak.

Skala suhu termodinamika berdasarkan penggunaan hukum kedua termodinamika. Sesuai dengan hukum ini, efisiensi mesin kalor yang beroperasi pada siklus Carnot reversibel hanya ditentukan oleh suhu pemanas T N dan kulkas T X dan tidak bergantung pada sifat-sifat zat yang bekerja, sehingga efisiensi dihitung dengan menggunakan rumus (14.30) /8/

(14.30)

Di mana QN Dan Q X- masing-masing, jumlah panas yang diterima oleh zat kerja dari pemanas dan diberikan ke lemari es.

Kelvin mengusulkan untuk menggunakan persamaan (14.31) /8/ untuk menentukan suhu

T N /T X = Q N /Q X , (14.31)

Oleh karena itu, dengan menggunakan satu benda sebagai pemanas dan benda lainnya sebagai lemari es dan menjalankan siklus Carnot di antara keduanya, perbandingan suhu benda dapat ditentukan dengan mengukur perbandingan kalor yang diambil dari satu benda dan diberikan ke benda lainnya. Skala suhu yang dihasilkan tidak bergantung pada sifat-sifat zat kerja (termometri) dan disebut skala suhu absolut. Agar suhu absolut (dan bukan hanya rasio) memiliki nilai tertentu, diusulkan untuk mengambil perbedaan suhu termodinamika antara titik didih air. T HF dan es yang mencair TTL sama dengan 100°. Penerapan nilai selisih tersebut bertujuan untuk menjaga kesinambungan ekspresi numerik skala suhu termodinamika dari skala suhu celcius Celcius. Jadi, menyatakan jumlah panas yang diterima dari pemanas (air mendidih) dan diberikan ke lemari es (es yang mencair), masing-masing, dengan Q HF Dan Q TL dan menerima TKV – TTL ==100, menggunakan (14.31), kita memperoleh persamaan (14.32) dan (14.33)

(14.32)

(14.33)

Untuk suhu berapa pun T pemanas pada nilai suhu konstan TTL lemari es dan jumlah panas Q TL, diberikan oleh substansi kerja mesin Carnot, kita akan mendapatkan persamaan (14.34) /8/

(14.34)

Ekspresi (14.34) adalah persamaannya skala suhu termodinamika celcius dan menunjukkan bahwa nilai suhu T pada skala ini berhubungan linier dengan jumlah panas Q, diperoleh zat kerja mesin kalor ketika melakukan siklus Carnot, dan akibatnya, tidak bergantung pada sifat-sifat zat termometri. Satu derajat suhu termodinamika diambil sebagai selisih antara suhu tubuh dan suhu leleh es dimana usaha yang dilakukan pada siklus Carnot reversibel sama dengan 1/100 usaha yang dilakukan pada siklus Carnot antara titik didih air dan suhu leleh es (asalkan pada kedua siklus jumlah panas yang dilepaskan ke lemari es sama). Dari ekspresi (14.30) dapat disimpulkan bahwa pada nilai maksimumnya harus sama dengan nol T X. Suhu terendah ini disebut nol mutlak oleh Kelvin. Suhu pada skala termodinamika dilambangkan dengan T K. Jika dalam ungkapan yang menggambarkan hukum gas Gay-Lussac: (dimana Ro- tekanan di t=0 °С; adalah koefisien temperatur tekanan), substitusikan nilai temperatur sama dengan - , kemudian tekanan gas Pt akan menjadi sama dengan nol. Adalah wajar untuk berasumsi bahwa suhu di mana tekanan gas minimum maksimum dipastikan adalah suhu minimum yang mungkin, dan dianggap nol pada skala Kelvin absolut. Oleh karena itu, suhu absolutnya adalah .

Diketahui dari hukum Boyle-Mariotte bahwa untuk gas koefisien temperatur tekanan a sama dengan koefisien temperatur muai volumetrik. Secara eksperimental ditemukan bahwa untuk semua gas pada tekanan cenderung nol, pada kisaran suhu 0-100 °C, koefisien suhu muai volumetrik = 1/273,15.

Jadi, nilai suhu absolut nol sama dengan °C. Suhu pencairan es pada skala absolut adalah Itu==273,15 K. Setiap suhu pada skala Kelvin absolut dapat didefinisikan sebagai (Di mana T suhu dalam °C). Perlu diperhatikan bahwa satu derajat Kelvin (1 K) sama dengan satu derajat Celcius (1 °C), karena kedua skala didasarkan pada titik acuan yang sama. Skala suhu termodinamika, yang didasarkan pada dua titik acuan (suhu leleh es dan titik didih air), kurang akurat dalam pengukurannya. Praktis sulit untuk mereproduksi suhu titik-titik ini, karena suhu tersebut bergantung pada perubahan tekanan, serta pada kotoran kecil di dalam air. Kelvin dan, secara independen, D.I. Mendeleev mengungkapkan pertimbangannya tentang kelayakan membangun skala suhu termodinamika berdasarkan satu titik acuan. Komite Penasihat Termometri dari Komite Berat dan Ukuran Internasional pada tahun 1954 mengadopsi rekomendasi untuk beralih ke definisi skala termodinamika menggunakan satu titik referensi - titik tripel air (titik kesetimbangan air dalam bentuk padat, cair dan gas). fase), yang mudah direproduksi dalam bejana khusus dengan kesalahan tidak lebih dari 0,0001 K. Suhu titik ini diambil menjadi 273,16 K, mis. lebih tinggi dari suhu titik leleh es sebesar 0,01 K. Angka ini dipilih agar nilai suhu pada skala baru praktis tidak berbeda dengan skala Celcius lama dengan dua titik acuan. Titik acuan kedua adalah nol mutlak, yang tidak diwujudkan secara eksperimental, tetapi memiliki posisi yang tetap. Pada tahun 1967, Konferensi Umum Berat dan Ukuran XIII memperjelas definisi satuan suhu termodinamika sebagai berikut: "Kelvin-1/273.16 bagian dari suhu termodinamika titik tripel air." Suhu termodinamika juga dapat dinyatakan dalam derajat Celcius: T= T- 273,15 K. Penggunaan hukum kedua termodinamika, yang diusulkan oleh Kelvin untuk tujuan menetapkan konsep suhu dan membangun skala suhu termodinamika absolut, tidak bergantung pada sifat-sifat zat termometri, merupakan hal yang sangat penting secara teoritis dan mendasar. Namun penerapan skala ini dengan menggunakan mesin kalor yang beroperasi pada siklus Carnot reversibel sebagai termometer praktis tidak mungkin dilakukan.

Suhu termodinamika setara dengan suhu gas-termal yang digunakan dalam persamaan yang menjelaskan hukum gas ideal. Skala suhu gas-termal dibuat berdasarkan termometer gas, di mana gas dengan sifat mendekati gas ideal digunakan sebagai zat termometri. Dengan demikian, termometer gas merupakan cara praktis untuk mereproduksi skala suhu termodinamika. Termometer gas tersedia dalam tiga jenis: volume konstan, tekanan konstan, dan suhu konstan. Biasanya digunakan termometer gas dengan volume konstan (Gambar 14.127), dimana perubahan suhu gas sebanding dengan perubahan tekanan. Termometer gas terdiri dari sebuah silinder 1 dan tabung penghubung 2, diisi melalui katup 3 hidrogen, helium atau nitrogen (untuk suhu tinggi). Tabung penghubung 2 terhubung ke handset 4 pengukur tekanan dua pipa, yang memiliki tabung 5 dapat dipindahkan ke atas atau ke bawah berkat selang penghubung yang fleksibel 6. Ketika suhu berubah, volume sistem yang berisi gas berubah, dan untuk membawanya ke nilai aslinya, tabung 5 gerakkan secara vertikal hingga kadar air raksa di dalam tabung tercapai 4 tidak berimpit dengan sumbunya XX. Dalam hal ini, kolom air raksa di dalam tabung 5, diukur dari tingkat XX, akan sesuai dengan tekanan gas R dalam sebuah silinder.

Gambar 14.127 – Diagram termometer gas

Suhu yang biasanya diukur T ditentukan relatif terhadap beberapa titik acuan, misalnya relatif terhadap suhu titik tripel air T0, di mana tekanan gas di dalam silinder akan berada Ro. Suhu yang diinginkan dihitung menggunakan rumus (14.35)

(14.35)

Termometer gas digunakan dalam kisaran tersebut ~ 2- 1300 K. Kesalahan termometer gas berada pada kisaran 3-10-3 - 2-10-2 K tergantung suhu yang diukur. Mencapai akurasi pengukuran yang tinggi adalah tugas kompleks yang memerlukan mempertimbangkan banyak faktor: penyimpangan sifat gas nyata dari gas ideal, adanya pengotor dalam gas, penyerapan dan desorpsi gas oleh dinding silinder. , difusi gas melalui dinding, perubahan volume silinder dari suhu, distribusi suhu sepanjang tabung penghubung.

Karena tingginya kompleksitas pekerjaan dengan termometer gas, upaya dilakukan untuk menemukan metode yang lebih sederhana untuk mereproduksi skala suhu termodinamika.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan di berbagai negara pada Konferensi Umum Berat dan Ukuran VII pada tahun 1927, diputuskan untuk mengganti skala termodinamika skala suhu "praktis". dan meneleponnya skala suhu internasional. Skala ini konsisten dengan skala termodinamika celcius sedekat yang dimungkinkan oleh tingkat pengetahuan pada saat itu.

Untuk menyusun skala suhu internasional, enam titik referensi yang dapat direproduksi dipilih, yang nilai suhunya pada skala termodinamika diukur dengan cermat di berbagai negara menggunakan termometer gas dan hasil yang paling dapat diandalkan diterima. Dengan menggunakan titik referensi, instrumen referensi dikalibrasi untuk mereproduksi skala suhu internasional. Dalam interval antar titik acuan, nilai suhu dihitung menggunakan rumus interpolasi yang diusulkan, yang menetapkan hubungan antara pembacaan instrumen referensi dan suhu pada skala internasional. Pada tahun 1948, 1960 dan 1968 Ketentuan skala suhu internasional telah diklarifikasi dan ditambah, karena berdasarkan perbaikan metode pengukuran, ditemukan perbedaan antara skala ini dan skala termodinamika, terutama di daerah bersuhu tinggi, dan juga karena kebutuhan. untuk memperluas skala suhu ke suhu yang lebih rendah. Saat ini, skala yang lebih baik yang diadopsi pada Konferensi Berat dan Ukuran XIII, yang disebut “skala suhu praktis internasional 1968” (MPTP-68), sedang berlaku. Istilah “praktis” menunjukkan bahwa skala suhu ini secara umum tidak sama dengan skala termodinamika. Suhu MPTSH-68 dilengkapi dengan indeks ( T 68 atau jilid 68).

MPTS-68 didasarkan pada 11 titik referensi utama yang ditunjukkan pada Tabel 9. Selain titik referensi utama, terdapat 27 titik referensi sekunder, yang mencakup kisaran suhu dari 13,956 hingga 3660 K (dari -259,194 hingga 3387 °C). Suhu numerik yang diberikan pada Tabel 14.4 sesuai dengan skala termodinamika dan ditentukan dengan menggunakan termometer gas.

Konverter termal resistansi platinum digunakan sebagai termometer referensi dalam kisaran suhu dari 13,81 hingga 903,89 K (630,74 °C - titik pemadatan antimon - titik referensi sekunder). Interval ini dibagi menjadi lima subinterval, yang masing-masing subinterpolasinya didefinisikan rumus interpolasinya dalam bentuk polinomial hingga derajat keempat. Dalam kisaran suhu dari 903,89 hingga 1337,58 K, digunakan termometer termoelektrik referensi platinum-platinum-rhodium. Rumus interpolasi yang menghubungkan gaya gerak termoelektromotif dengan suhu di sini merupakan polinomial derajat kedua.

Untuk suhu di atas 1337,58 K (1064,43°C), MPTS-68 direproduksi menggunakan termometer kuasi-monokromatik menggunakan hukum radiasi Planck.

Tabel 14.4 - Titik acuan utama MPTSH-68

Saat ini, Skala Suhu Praktis Internasional MPSHT-68 direkomendasikan untuk digunakan. Satuan suhu adalah Kelvin (K). Suhu yang ditentukan pada skala ini disebut termodinamika T(Misalnya, T= 300K).

Dimungkinkan juga untuk menggunakan suhu T pada skala Celcius, ditentukan oleh ekspresi

T = T - 273,15. (2)

Suhu ini dinyatakan dalam derajat Celcius °C (misalnya, T = 20 °C). Kelvin dan derajat Celcius memiliki besaran yang sama dan keduanya sama dengan 1/100 selisih titik didih dan titik beku air pada tekanan atmosfer.

Skala Kelvin dan Celcius hanya berbeda pada titik acuannya: angka nol pada skala Kelvin digeser ke bawah sebesar 273,15 K dibandingkan skala Celcius. Suhu pada skala Celsius bisa negatif T < 0 °С, тогда как термодинамическая температура всег­да положительнаT> 0. Ketika suhu termodinamika mendekati nol ( T > 0) di dalam tubuh, molekul secara bertahap memperlambat gerakan getarannya mendekati keadaan setimbang, dan kapan T= 0 berhenti.

“Penjaga” skala suhu yang khas adalah suhu konstan kesetimbangan fase antara dua atau tiga fase suatu zat: suhu titik didih dan pemadatan, suhu titik tripel. Nilai suhu ini disebut titik acuan. Nilai titik acuan utama MPShT-68 diberikan dalam tabel. 1.

Tabel 1. Titik referensi utama MPShT-68

Di luar negeri, skala suhu Fahrenheit masih cukup sering digunakan ( T, °F) dan Rankine (T, °R). Mereka dinyatakan sebagai berikut dalam suhu Celsius dan Kelvin, masing-masing:

T°C = (T° F - 32)/1,8; (3)

T = T° R / 1,8 . (4)

4. Metode pengukuran suhu

Suhu adalah ukuran energi kinetik molekul-molekul penyusun suatu benda. Energi kinetik molekul-molekul penyusun tubuh tidak dapat diukur. Oleh karena itu, untuk mengukur suhu digunakan metode tidak langsung, yang menggunakan ketergantungan beberapa sifat suatu zat pada suhu dan menilai perubahan suhu berdasarkan perubahan sifat-sifat tersebut. Sifat-sifat tersebut adalah volume zat, tekanan uap jenuh, hambatan listrik, gaya termoelektromotif, radiasi termal, dll.

Termometer cairan kaca. Prinsip pengoperasian termometer cairan kaca didasarkan pada pemuaian termal cairan. Agar perubahan volume zat cair seiring dengan perubahan suhu dapat terlihat jelas, biasanya sebuah tabung dengan saluran tipis – kapiler – berdekatan dengan volume zat cair yang ditampung dalam reservoir. Permukaan bebas cairan terletak di kapiler ini, akibatnya perubahan suhu kecil dalam volume cairan menyebabkan pergerakan besar permukaan bebas meniskus di kapiler yang dapat diamati dengan jelas. Pada suhu yang diketahui T 1 Dan T 2 dua posisi meniskus ditentukan, setelah itu jarak antara keduanya dibagi menjadi segmen-segmen yang sama, dengan jumlah yang sama T 1 - T 2 . Termometer dikalibrasi dengan cara ini, dan hanya setelah pembagian ini ditandai pada skala barulah termometer dapat digunakan untuk pengukuran.

Termometer kaca dapat digunakan untuk mengukur suhu dalam kisaran -200 hingga +750 °C, tetapi biasanya hingga suhu tidak melebihi 150-200 °C. Untuk mengisinya, tergantung pada kisaran suhu yang diukur, berbagai cairan, biasanya berwarna, digunakan: merkuri, toluena, etil alkohol, dll.

Kekurangan termometer cair: ukurannya yang relatif besar, kebutuhan untuk menentukan suhu secara visual dan ketidakmampuan untuk merepresentasikan pembacaan dalam bentuk sinyal listrik.

Termometer resistansi. Termometer resistansi menggunakan sifat mengubah hambatan listrik logam ketika suhunya berubah. Termometer resistansi digunakan untuk mengukur berbagai suhu. Termometer resistansi platina merupakan instrumen acuan untuk mengukur suhu pada kisaran 13,81 hingga 903,89 K. Desain termometer resistansi platina ditunjukkan pada Gambar. 2. Kawat platina dengan diameter 0,05-0,10 mm, dipilin menjadi spiral, diletakkan di atas bingkai kuarsa berbentuk helikoid. Timbal yang terbuat dari kawat platina disolder ke ujung spiral. Seluruh perangkat ditempatkan dalam tabung kuarsa pelindung. Hambatan termometer platina biasanya diukur dengan menggunakan metode potensiometri (diagram rangkaian ditunjukkan pada Gambar 3).

Beras. 2. Termometer resistansi platina: a - bagian sensitif, b - kepala termometer; 1 - tabung kuarsa pelindung; 2 - bingkai kuarsa; 3 - spiral yang terbuat dari kawat platinum; 4 - timah platina; 5 - sekrup kontak; 6 - paking isolasi

Selain platina, logam lain atau bahan semikonduktor dapat digunakan dalam termometer resistansi. Kerugian utama dari termometer resistansi adalah dimensi bagian sensitif yang agak besar.

Beras. 3. Diagram skema pengukuran hambatan termometer platina:

1 - potensiometer

Termometer termoelektrik. Termometer termoelektrik (termokopel) banyak digunakan baik dalam praktik laboratorium maupun produksi industri. Hal ini disebabkan sifat unik mereka.

Termokopel adalah dua konduktor logam berbeda (kabel dari logam berbeda) yang membentuk rangkaian listrik umum. Jika suhu sambungan (persimpangan) konduktor T 1 Dan T 2 tidak sama, maka timbullah termoEMF dan arus listrik mengalir melalui rangkaian. Penyebab terjadinya thermoEMF adalah perbedaan kerapatan elektron bebas pada logam yang berbeda pada suhu yang sama. Semakin besar perbedaan suhu antara sambungan, semakin besar termoEMFnya. Nilai termoEMF digunakan untuk menilai perbedaan suhu antara sambungan.

Elektroda termokopel berupa kawat dengan diameter 0,1-3,2 mm. Termokopel berikut digunakan: platinum-rhodium-platinum (dari 0 hingga 1300 °C), platinum-rhodium (dari 300 hingga 1600 °C), tungsten-rhenium (dari 0 hingga 2200 °C), chromel-alumel (dari - 200 hingga 1000 °C), chromel -copel (dari -50 hingga 600 °C), tembaga-copel (dari -200 hingga 100 °C) dan lain-lain.

Saat mengukur suhu, satu sambungan rangkaian termokopel, yang disebut sambungan dingin, terletak pada 0 ° C (dalam es yang mencair dalam labu Dewar), dan sambungan lainnya - sambungan panas - berada di lingkungan yang suhunya perlu diukur. Tabel ThermoEMF untuk termokopel telah disusun khusus untuk kasus ini. Jika karena alasan tertentu tidak memungkinkan untuk menempatkan sambungan dingin di lingkungan dengan suhu 0 °C dan pada suhu kamar (misalnya, pada 20 °C), maka dalam hal ini termoEMF yang dihasilkan sesuai dengan suhu perbedaan antara sambungan panas dan dingin dan dalam menentukan suhu perlu dilakukan penyesuaian pada sambungan dingin. Untuk melakukan ini, perlu menambahkan termoEMF yang diukur dengan termoEMF yang sesuai dengan suhu sambungan dingin (20 °C), dan dari nilai yang dihasilkan tentukan suhu menggunakan tabel.

Menurut diagram sambungan, termokopel dengan satu dan dua sambungan dingin dibedakan.

Gambar.4. Jenis termokopel: 1 – sambungan panas; 2 – persimpangan dingin

Diagram rangkaian termokopel dengan satu sambungan dingin ditunjukkan pada Gambar. 4, sebuah. Seluruh rangkaian terbuat dari dua konduktor yang berbeda. Milivoltmeter disertakan dalam rangkaian untuk mengukur termoEMF.

Sebuah rangkaian dengan dua sambungan dingin ditunjukkan pada Gambar. 4.6. Perbedaan antara rangkaian ini dan yang pertama adalah kabel tembaga dimasukkan ke dalam rangkaian termokopel. Kabel tembaga ditampilkan sebagai garis padat. Skema ini biasanya digunakan dalam praktik karena alat pengukur mungkin ditempatkan pada jarak yang cukup jauh dari tempat pengukuran suhu.

Keuntungan signifikan dari termokopel dan termometer resistansi adalah mengubah nilai suhu yang diukur menjadi sinyal listrik. Hal ini memungkinkan untuk mengirimkan sinyal jarak jauh, dan juga menggunakannya sebagai sinyal kontrol dalam sistem regulasi dan kontrol otomatis.

Termometer inframerah. Termometer inframerah mengandung sensor yang sangat sensitif yang mengubah energi radiasi inframerah (termal) dari permukaan suatu benda menjadi sinyal listrik. Informasi ini kemudian diubah menjadi data suhu yang ditampilkan secara digital pada layar. Hubungan kuantitatif antara intensitas radiasi termal suatu permukaan dan suhunya ditentukan oleh hukum Stefan-Boltzmann untuk radiasi termal. Kisaran pengukuran suhu alat tersebut adalah dari -50 o C hingga 1500 o C.

Termometer inframerah memungkinkan Anda mengukur suhu permukaan tanpa kontak dan dalam jarak yang cukup jauh. Hal ini membuatnya sangat nyaman jika metode pengukuran suhu lain tidak sesuai. Misalnya, jika Anda perlu mengukur suhu benda bergerak, permukaan hidup, atau permukaan yang sulit dijangkau. Alat tersebut biasanya dibuat dalam bentuk pistol. Penunjuk laser digunakan untuk memilih titik pengukuran suhu di permukaan.